USSR原子力産業の長子の核遺産

1954年にソ連のオブニンスクで世界初の原子力発電所が建設され、打ち上げられました。そのAM（Atom Peaceful）リアクターは電力が小さく、ステーション全体で5 MWの電力しか生成されませんでしたが、その打ち上げは平和な原子エネルギーの開発の始まりを示しました。 4年後の1958年、100MWの容量を持つシベリア原子力発電所の最初の発電ユニットがシベリアケミカルコンバインで稼働しました。ただし、このステーションは二重に使用されていました。そのEI-2リアクターは電気と熱を生成するために使用されましたが、その主なタスクは武器グレードのプルトニウムを生成することでした。 Beloyarsk NPPは、最初の高出力の民間原子力発電所になりました。現在、最初の原子炉はすでにシャットダウンされています。この記事は、彼らの歴史、蓄積された使用済み核燃料の管理の複雑さ、およびそれに関連する問題を解決する方法についてです。





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1964年、平和的な核エネルギーの2つの方向の長子がUSSRで働き始めました。 9月、最初の加圧水反応器VVER-210がNovovoronezhNPPで発売されました。しかし、その半年前の1964年4月、ベロイアルスク原子力発電所でAMB-100水グラファイトリアクターが稼働しました。したがって、ソ連で最初の産業能力の平和な原子力発電所は、100 MWの能力を持つAMB-100リアクター（Atom Peaceful Large）を備えたBeloyarskNPPでした。この原子炉はもはや武器用のプルトニウムを生産せず、ステーション自体は武器工場の領域に配置されていませんでした。それにもかかわらず、原子炉の設計は、その平和（AM）および半軍事（EIおよびADE）の前任者と同様でした-それは管状の燃料要素を備えた水-グラファイトチャネル原子炉です。 AMB-200リアクターを備えた2番目の2倍強力なユニットは、1967年12月に稼働を開始しました。彼らは17年間働き、1984年と1989年にそれぞれ停止しました。





1960年代のベロヤルスクNPPの建設と配置については、このドキュメンタリーを見ることができます-ベロヤルスクNPPにちなんで名付けられましたI. Kurchatova、1965



年多くの点で、これらの原子炉の作業は研究的な性質のものであり、その操作で得られたデータは、1970年代から1980年代にソビエト原子力発電の基礎を形成した数十倍強力なRBMK原子炉の作成の基礎として役立ちました。

AMB原子炉では、効率を上げるために、初めて工業規模で核過熱のスキームがテストされました（37％の値に達しました）。しかし、AMBパワーユニットの操作には、かなりの数の逸脱と誤動作が伴いました。事故もありました。



そのため、1976年5月25日、2番目のユニットで、電源に達すると、緊急保護がトリガーされた後、数十の燃料アセンブリ（FA）が損傷しました。この事故は、結果として最も深刻なものの1つであり、修復作業は約9か月続きました。



Beloyarsk NPPは今日でも特別で革新的で実験的なものであり、業界に新しいソリューションを使用しています。現在、高速リアクターBN-600およびBN-800を備えた世界で唯一の産業用パワーユニットがここで稼働しています。





世界で最も強力な産業用高速リアクターはBN-800です。著者による写真。



AMBユニットを備えたNPPの最初の段階は、長期保存モードです。パワーユニットは最終的に30年以上シャットダウンされましたが、国際基準によれば、燃料を使用している間は廃止することはできません。それらからの残りのSNFは使用済み燃料プールに降ろされ、原子炉自体の技術的な穴は特別な樹脂防腐剤を使用して閉じられました。





AMB-200リアクターのブロックコントロールパネル。コントロールパネルは、ステーションからザレチニー市への熱供給を制御し、BNPPの独自のニーズを確保するために部分的に使用されています。著者による写真。



これらのユニットを完全に廃止するには、まず、300トン弱の蓄積があり、そのほとんどが不十分な状態で駅にある使用済み核燃料（SNF）の問題を解決する必要があります。

AMBリアクターの蓄積されたSNFは、近年かなりの努力が払われている問題を解決するために、いわゆるUSSRの核遺産に属しています。



AMB燃料の特徴AMB使用



済み核燃料の再処理または安全な保管が以前に組織化されなかった理由に関連する主な問題の1つは、この燃料の多種多様なタイプとその非標準寸法です。ほぼ38リアクター年のAMB運用で、40種類を超える燃料アセンブリ（FA）が、リアクターのチャネルの蒸発と過熱についてテストされています。



燃料アセンブリの寸法は非標準です。長さは14mで、国内最大のRBMKリアクターの燃料アセンブリよりも4m長くなっています。同時に、燃料はコアの高さに対応する中央の6メートルにのみ配置され、4メートルのリミットスイッチはパイログラフィトで満たされていました。造粒された燃料自体も非定型でした-それは充填材（銅、マグネシウム、またはカルシウム）にあり、その質量は16％に達しました。U-235が2〜20％濃縮されたウラン燃料は、組成がいくつかのグループに分けられました-酸化物（現代の二酸化ウランに近い）、3〜9％のマグネシウムを添加した金属合金、炭化物（UC）。



運転期間中、7196の燃料チャンネルが原子炉から取り外されました（約285トンの使用済み核燃料）、そのうち2227（約95トンの使用済み核燃料）がオゼルスクのPAマヤックのRT-1プラントに送られ、残りは2016年までベロヤルスク原子力発電所の原子炉近くの貯蔵施設に残った。 1970年代と1980年代。 PAマヤックでの燃料再処理の可能性が調査されました。プロセスの初期段階を整理する基本的な可能性が示されました。しかし、主な問題は、アセンブリの切断と溶解の準備に関連していました。問題は使用済み核燃料の実際的な再処理には至らなかったので、AMB燃料の取り扱いの問題はその延期された解決を待っていました。



AMBからのSNFは、Beloyarsk NPPの17コンパートメントカセットと35コンパートメントカセット（カセット）の2つのストレージプールに、1つのケースで保存されました。 35席のカバーはステンレス鋼で、17席のカバーは炭素鋼でできており、プールに設置する前に、内側と外側を赤い鉛で覆っていました。当初は、キャニスターを2つの保管プールに短期間保管し、PAマヤックでの放射性化学処理に送ることが計画されていました。しかし、USSRの崩壊に関連して、このプロセスは20年間続いた。



すでに2000年代初頭に。最大の問題は17席のカセットの燃料でした。これらのカセットのほとんどは、その時までに20年以上保管プールに保管されていました。これは、推定15年の耐用年数を超えています。したがって、全員が気密性を失い、貯蔵プールからの水で満たされていると想定された。同時に、それらには、燃焼度が大幅に高い初期の不完全な設計の照射済み燃料アセンブリと、ほとんどすべての損傷した燃料が搭載されていました。合計すると、カセットには、操作中に損傷した燃料アセンブリの約20％が含まれています。燃料腐食生成物の推定状態は、燃料組成成分の腐食生成物からのスラリーの形の混合物とグラファイトブッシングの破片である。かなりの量の燃料がマグネシウムマトリックスを持っていました、燃料要素のクラッディングの気密性が損なわれると、水中で腐食する可能性があります。燃料もプールの底に行き着く可能性があります。



PAマヤックのRT-1プラントには、1972年から10年間にわたって供給された131個のK-17カセット（約95トンの使用済み核燃料）が保管されています。カセットは使用済み燃料プールの深海部分に配置されます。耐食鋼製カセット、103個28個の黒い構造用スチールカセットがプールコンソールに吊り下げられて保管されています。腐食を防ぐため、ステンレス製のケースに入れています。適用された方法は、使用済み核燃料の安全な保管を保証し、使用済み燃料アセンブリの核分裂生成物によるプール水の汚染を防ぎますが、カセット内の燃料の破壊につながる問題が将来発生しないこと、およびカセットを吊り下げた状態で保管することを拒否する必要がないことを保証しません。



燃料取り扱いオプションの選択



AMB燃料の状況の複雑さを考慮して、AMB燃料を処理するためのさまざまなオプションが検討されました。一時的な保管のために送信し、その後処理の問題を解決します。長期保管とその後の埋葬のために送る。 NPP自体でキャニスターを切断して配置し、PAマヤックで処理するために送信します。使用済み燃料アセンブリのPAマヤックへの配送、切断および処理。



しかし、大量の緊急燃料、その進行中の劣化、およびそのような量の非標準燃料のための最新の貯蔵施設を建設するための高コストのために、PAマヤックでAMB使用済み核燃料を再処理することが決定されました。これを行うには、ベロヤルスク原子力発電所での使用済み核燃料の安全な保管に対する脅威を排除するためのいくつかの緊急措置を講じる必要があり（たとえば、2001年以降、使用済み燃料プールの水浄化システムが組織されました）、同時に2つの問題の解決策を準備する必要がありましたRT-1。



燃料輸送



BNPPからFSUEPAマヤックへの燃料の安全な除去のために、長さ約14 mの長い燃料集合体用の特別な輸送および包装キット（TUK）と特別なコンテナカーを開発し、損傷した燃料の輸送と保管の安全性を正当化し、長いものの取り扱いを開発する必要がありました。 TVS。



その結果、RFNC-VNIITFは、OJSC Uralkhimmashとともに、2006年までに開発され、特許を取得しました。17人乗りおよび35人乗りのカセットにSNFAMBをロードするためのTUK-84トランスポートおよびパッキングコンテナの2つのバージョン。 TUK-84コンテナの長さは15メートル以上、直径は最大1.4 mです。燃料の入ったカセットは金属製の密閉コンテナに入れられ、すでに厚さ20 cm以上の丈夫なコンテナに入れられています。TUKには、燃料の入ったコンテナ内に温度および圧力制御システムが装備されています。燃料アセンブリを備えた35席カセットを輸送するため





の設計オプションの1つ。コンテナの重量は86600kg、ケースは3820 kg、35席のカセットは9650kgです。



TUK-84の本体は、厚さ5 mm、幅1.4 mの鋼片をさまざまな厚さのシリンダーに巻き付けて溶接する、「ツイストベッセル」という特殊なロールツーロール技術を使用して製造されています。同様の技術が、化学産業で圧力容器を作成するために使用されます。可変断面積と組み合わせると、最小限の重量で特に頑丈なハウジングを作成します。その結果、長燃料AMBの輸送用TUKの質量は90トン未満であり、特別なワゴンで制限なしに鉄道で輸送することができます。





TUK-84の機械的落下試験。



2014年までに、YekaterinburgのOJSC Uralkhimmashは、6つの統合TUK-84を製造しました。これにより、BNPPに保管されているAMB燃料でケーシングの全範囲を輸送できます。 TUKは、高さ9 mから飛行機への落下、1 mからピンへの落下など、あらゆる種類の緊急衝撃についてテストされました。



コンテナは車と鉄道の両方での輸送に適しています。 2008年には、TUKを輸送するための6つのワゴンコンテナがTver市の運送工場で生産されました。





TUK-84輸送用コンテナワゴンの外観。その長さは28メートル以上です。出典。



その結果、2016年11月、最初のプロトタイプコンテナカーがマヤックPAに到着し、AMBリアクターからSNFが入ったカセットを放射性化学プラントに配送しました。このカセットは、輸送およびパッケージングセットから取り出され、RT-1プラントの保管プールに配置されました。2017年10月30日以降、このような配送は定期的に定期的に行われています。 2019年の終わりに、SNF除去の第1段階が完了しました-AMB燃料アセンブリを備えた124個のカセットが除去されました。





マヤックPAのインフォメーションセンターからこのビデオで燃料がどのように配達され、荷降ろしされるかを見ることができます。



PAマヤックでのSNF再処理



1977年以来、唯一のロシアのSNF再処理プラントRT-1がPAマヤックで稼働しています。電力および研究用原子炉、砕氷船、海底核艦隊用の幅広い燃料を処理します。しかし、その特異性と小さなバッチのために、RT-1にはAMB燃料を再処理するためのラインがありませんでした。ただし、以前に実施された多くの研究は、燃料を酸に溶解し、貴重な成分（ウランとプルトニウム）を分離する古典的なPUREKSプロセスの技術を使用して、AMB使用済み核燃料を再処理する基本的な可能性を示しましたが、そのような作業をRT-1プラントの技術に「結び付ける」ことはありません。後で実施された研究は、この再処理が、RT-1の高速反応器からの燃料を再処理するための十分に活用されていない第2ラインで可能であることを示しました。したがって、処理自体に根本的な問題はありません。ただし、SNFAMBを受け取って削減するためのインフラストラクチャとワークショップを作成する必要があります。これらのタスクのために、PA Mayakは、切断およびペナルティ部門（ORD）用の特別な建物を設計しており、両方ともすでにMayakに配置されている燃料と、BeloyarskNPPからさらに配送するためのカセットに入った燃料を再処理する準備をしています。





FSUE PO Mayakの切断およびペナルティ部門（ODS）プロジェクト。ソース。



2012年のFTPNRS-1（連邦目標プログラム「2008年および2015年までの期間における核および放射線の安全性の確保」）の枠組みの中で、SNFSNF管理複合施設の第1段階の建設が開始されました。同じプログラムの枠組みの中で、TUK-84とBeloyarskNPP自体に必要なインフラストラクチャを作成するための作業に資金が提供されました。 2015年には、SNF切断および梱包セクションの準備プロジェクトの第1段階が完了しました。これには、燃料アセンブリを切断するための実験スタンドと、2016年にPAマヤックで燃料摂取を開始できる使用済み燃料プールB-4の再構築が含まれます。





PAマヤックで燃料アセンブリを切断するための実験スタンド



2019年の終わりに、約20億ルーブルに相当するPIUの第2段階（「オブジェクト630」）を完了するための競争手順が実行されました。作業の資金調達は、FTP NRS-2（連邦目標プログラム「2016年から2020年および2030年までの期間の核および放射線の安全性の確保」）の枠組みの中ですでに実施されています。 2024年には、AMB-100およびAMB-200リアクターからの燃料の再処理を開始する予定です。その瞬間まで、すでに輸出された燃料はPAマヤックに保管され、残りの使用済み核燃料は2026年から2027年に除去されます。



AMB燃料問題の解決は、蓄積された燃料という形での核のレガシー問題の一例にすぎないことは注目に値します。それに加えて、多くの原子炉プラントが蓄積されていますが、量は少ないですが、品質に関する研究作業、以前に処理されていない燃料（一部の研究炉の燃料、核潜水艦原子炉の実験燃料）のために変化しました。この燃料の一部に欠陥があります。さらに、燃料はすでにNPPの強力なシリアルリアクターであるRBMKとVVER-1000に大量に蓄積されています。



この核遺産の撲滅の一環として、PAマヤックのRT-1プラントでは、AMBリアクターからの使用済み核燃料の再処理に2番目の技術ラインが使用されただけでなく、2016年に再建が完了し、3番目の技術ラインが稼働しました。これまでどこでも処理されたことのないものを含め、いくつかのタイプの燃料を処理できます。たとえば、近代化されたラインでの最初の操作は、核潜水艦からのウラン-ベリリウム燃料の再処理でした。このラインでは、ロシアで6000トン以上が蓄積されているVVER-1000などの長いSNFの処理が可能になりました。計画されたすべてのアップグレードの結果として、PAマヤックのRT-1プラントは、すでに蓄積されたものと新しく形成されたものの両方で、実質的に国内の核燃料の全範囲を処理できるようになります。





2016年12月のRostovNPPからのVVER-1000リアクターからの使用済み核燃料の配達。出典。



マヤックでのAMB燃料切断および処理セクションの立ち上げ後、Beloyarsk NPPの最初の段階は、新しい産業建設のために最終的に廃止、解体、およびクリーンアップすることができます。したがって、産業能力のあるロシアの原子力発電所の最初の原子炉のライフサイクルは安全に完了する必要があります。



使用されたソース：

1. 核のレガシー問題とそれらを解決する方法（第1巻）、2012年
2. 「AMB-100およびAMB-200リアクターからBeloyarskNPPからFSUEPAMayakへの使用済み核燃料の除去。Anfalova O.V. et al。放射線安全の問題、問題：2（94）年：2019
3. トランスポートパッケージセットTUK-84のデザイン。Atomic Energy（Volume 100、No。6（2006））、OV Anfalova や。。など。
4. BeloyarskNPPのAMB用のSNF管理テクノロジーの作成。Kudryavtsev E.G. 環境安全性＃1-2010：SNF管理。
5. PAマヤックでの共同放射化学再処理を確実にするためのAMBおよびVVER-440リアクターからの使用済み核燃料の完成。クディノフA.S. 論文の要約、2015年
6. RT-1プラントでのSNF再処理の機会と展望。フォーラム「Atomeko-2017」でのFSUEPA Mayak D.Kolupaevのチーフエンジニアのプレゼンテーション。